水生所关于不同区域和空间尺度下土地利用对高山河流水质的影响研究取得进展
高山河流是对全球变化十分敏感的水生态系统。在全球变化大背景下,摸清高山河流水质变化的驱动因素对保护敏感而脆弱的高山河流生态系统有着重要意义。
土地利用被认为是河流水质的重要影响因素。土地利用对河流水质的影响会因河流所处的区域和计算土地利用的空间尺度不同而有所差异。高山河流除了其特殊的地理位置外,其自身的空间异质性也较高,源头区和干流区的河流形态和流域内主导的土地利用类型都有较大差异。然而,很少有研究关注空间位置和空间尺度对高山河流的水质与土地利用之间关系的影响。
中国科学院水生生物研究所吴辰熙研究员团队以祁连山国家公园青海片区的高山河流为研究对象,通过野外采样,实验室分析,结合遥感数据,在三个不同空间尺度(流域、子流域和缓冲区)上,分析了土地利用对高山河流源头区和干流区水质的影响,确定了土地利用影响和预测不同区域水质的最适空间尺度,并在不同区域具体分析了土地利用类型对河流水质的影响(图1)。
图1 研究摘要图
冗余分析和多元线性回归分析结果表明,祁连山河流氮和有机碳参数受土地利用的影响比磷大。在河流源头区,较小的缓冲区范围内的天然土地类型(冰雪、草地、森林等)对水质的影响最大,而在干流区,流域或子流域尺度上与人类活动有关的土地利用类型(耕地和人造地表)对水质的影响更大。自然土地利用类型对水质的影响随区域和季节变化而不同,而与人类活动相关的土地类型主要导致水质参数浓度升高(图2,图3)。
图2 不同尺度下土地利用对水质影响的RDA结果。研究区的水质参数(蓝线)、土地利用类型(红线)和样本点(绿点)。这里只显示通过蒙特卡洛互换检验的结果(P<0.05)
图3 基于单个水质参数的最终模型的测量值和拟合值的散点图。虚线和实线分别表示测量值和拟合值之间的1:1线和线性拟合线
这项研究的结果表明,对于高山河流,源头区和干流区,需要在不同的空间尺度上考虑不同的土地利用类型,以准确评估未来全球变化对高山河流水质的影响。国家公园建设对流域尺度人类活动的控制可能会对干流区水质改善起到促进作用,但气候变化背景下高原地区暖湿化趋势可能会对源头区的水质产生复杂影响。
水生所研究团队自2020年来,一直在祁连山国家公园青海省管理局的支持下开展祁连山国家公园青海片区河流和湿地水生态和水环境调查研究工作。该工作还得到了第二次青藏高原综合科学考察研究、青海省林业和草原局、淡水生态与生物技术国家重点实验室和中科院青年创新促进会的支持。近期,研究结果以“The effects of land use on water quality of alpine rivers: A case study in Qilian Mountain, China”为题发表在《Science of The Total Environment》。水生所博士研究生王卉为论文第一作者,熊雄副研究员为通讯作者。
论文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969723013128